EN Influence of charge movement in inlet manifold on combustion process in compression ignition engines

polski

PL Przedmiotem niniejszej dysertacji jest analiza wpływu ruchu ładunku w układzie dolotowym silnika na przebieg procesu spalania w silniku ZS. Środkiem pozwalającym na zgłębienie zagadnienia było przeprowadzenie obliczeń numerycznych oraz badań stanowiskowych, przy określonych założeniach. Wprowadzenie w problematykę rozprawy zrealizowano na podstawie studium literaturowego. W pierwszej kolejności przybliżono zagadnienia związane z chemicznymi aspektami procesu spalania. Zwrócono uwagę m.in. na fakt, że kinetyka reakcji spalania, zależy nie tylko od temperatury, ale także od orientacji w przestrzeni oraz względnego ruchu cząsteczek. W kolejnym kroku przedstawiono fizyko-chemiczne aspekty powstawania związków toksycznych w spalinach, z uwzględnieniem wpływu ruchu na ich koncentrację. W dalszej części przeanalizowano obecny stan wiedzy oraz możliwości oddziaływania na ruch powietrza w układzie dolotowym oraz w przestrzeni nadtłokowej, podczas cyklu roboczego silnika. Przeanalizowano związek przyczynowo–skutkowy między ruchem w fazie indukcji a jego strukturą w końcu suwu sprężania. Opis uwzględnia ponadto aspekty wpływu wtrysku paliwa na organizację ruchu w okolicy GMP. Zawiera również charakterystykę ruchu turbulentnego w komorze spalania silnika i uwzględnia jego wpływ na procesy przedpłomienne i przebieg spalania. Rozpoznanie literaturowe pozwoliło na sformułowanie celu oraz tez pracy. Uznano, że przy obecnym stanie wiedzy na temat przebiegu procesu spalania, istnieje możliwość oceny wpływu parametrów ruchu ładunku w kolektorze dolotowym na przyspieszenie bądź opóźnienie reakcji chemicznych spalania. Stwierdzono również, że ocena kinetyki spalania możliwa jest w oparciu o znajomość podstaw teoretycznych oraz zbilansowane porównanie stężenia związków w spalinach, przy określonych parametrach pracy silnika. Powyższe rozumowanie pozwoliło na sformułowanie tez oraz celów pracy. Weryfikację słuszności przyjętych tez zrealizowano poprzez przeprowadzenie obliczeń numerycznych ruchu ładunku w kolektorze dolotowym oraz wykonanie badań na stanowisku silnikowym. Zmiennym parametrem obliczeń i eksperymentu było położenie przesłony regulacyjnej w układzie dolotowym. Obliczenia numeryczne przeprowadzono w oparciu o komputerową mechanikę płynów (CFD), a ich wynikiem była ilościowa ocena struktury ruchu ładunku w układzie dolotowym i cylindrze silnika, podczas suwu zasysania, dla określonego uchylenia i orientacji przesłony regulacyjnej. Uzyskane wyniki stanowiły podstawę do dowodzenia postawionej tezy, w połączeniu z wynikami uzyskanymi z eksperymentu. Obiektem badań był jednocylindrowy silnik ZS, z wtryskiem bezpośrednim. Badania przeprowadzano w określonych punktach pracy silnika, dla dwóch poziomów przymknięcia przesłony (65% i 90%) oraz dwóch orientacji (poziomej i pionowej). Ocenie podlegał skład spalin. Finalne wyniki przedstawiano w postaci względnej, dla których punktem odniesienia była koncentracja poszczególnych związków w spalinach, uzyskana dla bazowej geometrii (bez użycia przesłony regulacyjnej). Przedstawione w pracy rezultaty potwierdziły wpływ struktury ruchu powietrza w układzie dolotowym na przebieg procesu spalania, a dzięki zbilansowanej ocenie stężenia poszczególnych związków spalin możliwa była ocena wpływy ruchu na kinetykę reakcji spalania. Podsumowanie pracy stanowią wnioski dotyczące wyników badań. Z uwagi na niewyczerpanie podjętego zagadnienia przedstawiono ponadto kierunki dalszych prac.

EN The subject of this paper is an analysis of influence of charge movement in inlet manifold on combustion process in compression ignition engines. The measure that has enabled the problem to be explored was to carry out numerical calculations and test bench, under certain assumptions. An approach to the subject problems of this paper has been realized on the basis of the bibliographic data study. In first step some problems concerning the chemical aspects of combustion process have been discussed. It was noted, that the combustion reaction kinetics, depends not only on the temperature but also on the orientation in space and the relative movement of the particles. Next, physic-chemical aspects of the formation of toxic compounds in the exhaust, including their influence on concentration is also presented. In the next part the current state of knowledge and the ability to influence on air’s movement in the intake and the under-piston space during the engine’s cycle are discussed. Moreover, cause and effect relationship between movement in the induction phase and its structure at the end of the compression stroke. Description also takes account of aspects of fuel injection influence on movements in the area of TDC. It also includes the characteristics of turbulent movement in the combustion chamber of the engine and take into account its impact on the pre-flame processes and the combustion. Thanks to the performed analysis of the bibliographic data the determination of the purpose and tasks of the paper has been possible. It is considered that the current state of knowledge on the combustion process allows to assess the impact of the parameters of the load in the intake manifold to accelerate or delay the chemical reactions of combustion. It was also found that the assessment of the combustion kinetics can be based on knowledge of the theoretical basis and balanced comparison of the concentrations of compounds in the exhaust gas, with the specific parameters of the engine. This reasoning allowed to the formulation of theses and dissertation objectives. To verify the correctness of the assumptions, the numerical calculations of the charge’s movement in the intake manifold and investigation on the test bench were realized. Variable parameter of calculation and the investigation was the position of the adjustable valve in the intake. Numerical calculations were carried out on the Computational Fluid Dynamics (CFD) basis and the result was a quantitative assessment of the structure of the charge movement in the intake and engine cylinder during the intake stroke for a specific orientation of the adjustable valve. The results were the basis for proving the disertation’s thesis, combined with the results of the experiment. The object of the study was the single cylinder diesel engine with direct injection. Research was carried out at certain points of the combustion, for two levels of adjustable valve closing (65% and 90%), and two its orientations (horizontal and vertical). Exhaust gas composition was assessed. The final results were presented as relative for which the reference point was the concentration of the individual compounds in the exhaust gas, obtained for base geometry (without the use of adjustable valve). The results of examinations presented in this paper have confirmed influence of air movement in inlet manifold on combustion process, and thanks to a balanced analysis of the concentration of individual compounds it was possible to assess influence of movement on combustion kinetics. The paper is summarized by the relevant conclusions concerning the results of the examinations. Moreover, since the subject problem has not been satisfactory examined yet, the intended ways of the further research work are also presented in this paper.

159

inżynieria mechaniczna

budowa i eksploatacja maszyn

DrOIN 1601

to201480579

Pobierz plik

publiczny

Marek Brzeżański

Kraków, Polska

27.05.2014

polski

Pobierz plik

publiczny

Władysław Kozak

Poznań, Polska

06.06.2014

polski

Pobierz plik

publiczny

rozprawa doktorska

Poznań, Polska

23.06.2014

Rada Wydziału Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej

doktor nauk technicznych w dyscyplinie: budowa i eksploatacja maszyn, w specjalności: silniki spalinowe